电介质和磁介质光子晶体光学特性分析

从电磁场麦克斯韦方程组出发,将光子晶体的电磁场分析问题归结为求解电磁本征函数问题,明确求解光子晶体遵循的物理原理和数学方法.针对由电介质构成的光子晶体,分析该光子晶体周期结构下TE和TM入射光波的带隙特性和缺陷结构下的能量集聚特性,计算结果表明,光子晶体的频带特性与其几何结构紧密相关,通过改变光子晶体尺寸,可使其获得良好的带隙特性.针对磁介质构成的光子晶体,分析磁性光子晶体的频率特性,计算结果表明,磁性光子晶体具有和电介质光子晶体相似的光学性质,也具有频率禁带特性,其与入射波性质、光子晶体几何尺寸、磁介质参数紧密相关.     

应用平面波展开法计算色散和各向异性二维磁性光子晶体的带隙

磁性光子晶体因其构成材料磁导率不为1且受外加磁场调节,近年来被广泛讨论,对磁性光子晶体能带的计算也随之成为热点.本文首度研究了由色散且各向异性材料构成的二维磁性光子晶体能带的计算方法,从Maxwell方程组推导出具有复杂电磁参数的周期结构能带计算的本征方程,对经典的平面波展开直接求特征值法做出改进,利用寻根方法计算出由Mg-Mn铁氧体圆柱和有机玻璃构成的三角格子二维磁性光子晶体在外加磁场下TM模式的能带结构.计算得到的带隙位置与相同结构的光子晶体全波仿真的传输谱相一致,与实际制备的磁性光子晶体样品的实验测量结果也相当吻合,证明了改进的平面波展开法在色散和各向异性材料构成的光子晶体能带计算中准确性和可靠性,进而肯定了平面波展开法在任意电磁参数特性的光子晶体能带结构计算中的适用性.     

负折射率介质光子晶体光纤带隙结构的研究

提出了一种新型结构的负折射率介质光子晶体光纤,采用平面波法(PWM)分析了这种光子晶体光纤的带隙结构,研究了负折射率变化与负正折射率介质比变化对光子带隙结构的影响.分析结果表明,负折射率介质的光子晶体光纤的带隙数量和宽度随折射率和介质比变化而变化.取负折射率值为-1.5、负正介质填充比为0.88、空气孔间距为2.6 um时,可得到多条带隙和较大的带隙宽度,实现PBG导光的波长范围为1 225 nm-4 084 nm.     

八边形光子晶体光纤的特性研究

采用矢量波束传播法对正八边形光子晶体光纤色散和模场面积进行了数值模拟和分析.结果表明通过改变空气孔孔径d和相邻不同层空气孔间距Λ,可以使正八边形光子晶体光纤的色散曲线在很宽的波长范围内保持色散平坦并具有较低的色散值.选取合适的结构参数可以在1.45～1.65um波长范围内构造超色散平坦光子晶体光纤.     

硬脂酸凝胶法制备尖晶石型NiCo2O4纳米晶体

采用硬脂酸凝胶法制备磁性NiCo2O4纳米颗粒.通过红外(FT-IR)、热重(TG)对前驱物进行分析;X-射线粉末衍射(XRD)研究了煅烧温度对NiCo2O4晶体形成的影响;透射电镜(TEM)、振动试样磁强计(VSM)对产物的形貌及磁性能进行表征.结果表明,380℃保温6h可以获得单一晶相的NiCo2O4尖晶石纳米颗粒,粒度分布较窄,平均粒径约为9nm,矫顽力为147 Oe,饱和磁化强度为2.22emu·g-1.     

准周期光子晶体的态密度

本文研究了准晶光子晶体的局域态密度和全态密度.结果表明,准晶光子晶体的局域态密度分布具有和准晶光子晶体完全相同的对称性,带隙内光子晶体中的态密度很小,不同的准晶光子晶体的局域态密度随介电材料的占空比的变化是不同的,这对构造准晶光子晶体是非常重要的.准晶光子晶体的全态密度所显示的带隙和透过率显示的带隙的一致性表明准晶光子晶体在某种程度上是各向同性的.     

十二重准晶中负折射的研究

周期性的光子晶体中存在电磁波的负折射现象.然而,这些研究主要集中在周期性结构中,对非周期结构的研究还没有相关的报道.研究从实验和理论两个方面证明了非周期性十二重准晶光子结构同样存在负折射,并且可以实现超透镜的远场成像.利用楔形结构来验证这些条件:在频率为11.82 GHz时,准周期光子晶体可以实现负折射,并且对应的有效折射率接近于-1.与周期性光子晶体相比准晶更接近于各向同性.     

回流法制备MnFe_2O_4纳米晶及磁性能

以NaOH为沉淀剂,通过一种简单的低温回流法制备了MnFe2O4纳米晶.采用XRD、SEM、FESEM、FTIR和VSM等手段对MnFe2O4纳米晶尺寸、晶相结构和磁性能进行了分析表征.结果表明,所制备的MnFe2O4纳米晶为尖晶石相结构,晶粒尺寸随着反应温度的升高而增大,从50℃的10 nm增大到90℃的22 nm;样品的饱和磁化度随温度的升高而增大.     

可视化Fe_3O_4超顺磁性光子晶体的制备

利用纳米磁性微球技术同光子晶体技术相结合构建一种可视化光子晶体材料.采用化学高温水热法制备Fe_3O_4@PSSMA纳米磁球,利用St?ber法在Fe_3O_4@PSSMA纳米磁球外包覆一层SiO_2,制备出超顺磁性纳米微球Fe_3O_4@PSSMA@SiO_2,并利用外加磁场将该磁性纳米微球组装成可视化光子晶体.     

近零超平坦色散液体填充光子晶体光纤的设计

建立填充高折射率温度系数液体的六边形折射率引导型光子晶体光纤的数值模型,利用矢量光束传输法研究该类光纤的几何和光学参数对色散的影响,通过对孔径、孔间距等结构参数进行优化调整,设计出在1.46～1.65μm内色散系数介于0士0.5 ps/(nm·km)之间的超平坦色散光子晶体光纤.     

磁性纳米固体超强酸的制备研究

制备了ZrO2/Fe3O4磁性固体酸催化剂,利用XRD、DTA、IR等手段研究了磁性基质对ZrO2的粒子大小、晶化温度、晶型结构及超强酸中心的影响.通过酯化反应考察磁性固体超强酸的催化特性及通过催化寿命实验考察了催化剂的寿命变化情况.结果表明,Co0.5Fe2.5O4磁性基质的引入不但赋予了催化剂以磁性,而且在固体超强酸形成过程中起到延迟ZrO2由四方晶相向单斜晶相的转变,这有助于提高样品的强酸性和催化活性.     

介电常数对一维等离子体光子晶体色散关系的影响

为深入研究介电常数对等离子体光子晶体性质的影响,本工作从Maxwell方程出发,采用类似于量子力学Kronig-Penney模型求解周期势的方法,对一维等离子体光子晶体介质层介电常数对能带结构的影响进行了讨论.研究发现:介电常数的大小对等离子体光子晶体的禁带宽度和能级位置均具有重要影响.随介电常数的增加,等离子体光子晶...     

反蛋白石结构硫化锑光子晶体的制备

用改进St ber法制备出单分散的SiO2胶球.通过离心沉降法将SiO2胶球有序排列,得到蛋白石结构的SiO2光子晶体,该方法可制备出较大尺寸的蛋白石结构光子晶体.以得到的SiO2光子晶体为模板,通过化学反应向模板间隙填入Sb2S3后再经氢氟酸腐蚀去除二氧化硅胶晶模板,制备出反蛋白石结构硫化锑光子晶体.     

光子晶体加速结构的初步研究

用有限差分法计算了由金属棒按三角形晶格分布的二维光子晶体的带隙图,计算结果表明:当金属棒半径a和棒间距b比值小于0.2时,二维光子晶体只有一条带隙,即若引入缺陷,可约束主模、抑制高次模.采用Microwave Studio计算了该种光子晶体微波加速结构的场型分布,结果显示当a/b＜0.2,类TM01模在缺陷中传输,类TM11模(横向模)能传出光子晶体.另外计算了结构尺寸公差对行波单元谐振频率的影响,还模拟计算了带有测试探针的由3个PBG单元构成的谐振腔的S参数.     

光子晶体负折射的计算机仿真研究

在计算机上采用MATLAB编程进行理想透镜和负折射三棱镜的光路仿真,分析光在光子晶体中的成像条件,重点计算一种典型的二维光子晶体:负折射三棱镜光子晶体的色散特性.结果发现,光子晶体负折射成像的条件是晶体两侧的折射率与晶体折射率必须绝对值相等,晶体的厚度必须大于光源到晶体的距离;光线在进入负折射率光子晶体三棱镜时,会存在一个最大偏向角,负折射三棱镜光子晶体可以通过调节光子晶体的结构参数来改变其色散特性.因此,在实际应用中可以利用光子晶体的色散特性,通过调节相关的结构参数来对分光仪和波分复用/解复用器等光学器件进行相关的性能优化.     

准周期光子晶体的传输特性

本文利用数值模拟和实验的方法研究了准晶光子晶体的传输特性和局域特性.能流和态密度的计算结果都表示十二重准晶光子晶体具有光子带隙.但是,和周期性的光子晶体不同,具有确定频率的电磁波局域在无缺陷的十二重准晶光子晶体中.理论分析表明,这种局域模是由准晶光子晶体结构中的无序性和自相似性相互竞争的结果.     

EuPdGe3磁性与电子结构的第一性原理计算

为了探究EuPdGe3晶体材料的基态性质和磁晶易轴方向,本文采用基于密度泛函理论的VASP软件包计算研究了EuPdGe3材料的磁性与电子结构。计算结果表明EuPdGe3基态磁构型为A型反铁磁,磁晶易轴方向沿c轴方向。通过对EuPdGe3晶体的电子结构和实空间结构分析,得出了Ge2 4p电子态与Eu 4f电子态间的杂化是EuPdGe3晶体磁晶易轴方向沿c轴的原因。     

改进型双层芯光子晶体光纤宽带补偿特性分析及设计

针对现有的补偿光子晶体光纤无法较好地实现宽带色散补偿问题,本文利用多极法分析了色散和光纤结构参数之间的变化关系。通过减小同轴双层芯光子晶体纤结构中双芯之间的空气孔直径,并随后增大孔间距,设计出了一种在C波段范围内与标准单模光纤G.652色散系数相补偿的光子晶体光纤,实现了这一波段的宽带补偿,模拟结果表明具有很好的补偿效果。     

光子晶体光纤中的非线性效应的研究进展

首先介绍了光子晶体光纤中的非线性现象以及其形成原因,分析了非线性系数与光子晶体光纤结构参数之间的关系,随后主要论述了在光子晶体光纤中获得较高非线性系数的方法,最后对现有的测量光子晶体光纤非线性系数的方法进行了概括与比较.     

光子晶体光纤瑞利散射特性分析

基于全矢量有限元方法,建立了光子晶体光纤瑞利散射损耗的数值分析模型,并分析了该模型对与制作工艺相关的瑞利散射系数、与结构相关的空气孔间距及空气孔直径等参量对空气孔正六边形排列光子晶体光纤瑞利散射损耗特性的影响.分析结果表明:在相同波长下,瑞利散射损耗随着瑞利散射系数的增大而增大;在空气孔间距Λ一定而空气孔直径d增大或d一定而Λ增大时,瑞利散射损耗均减小.